(57)【要約】 【課題】  導体を低損失化することにより、高周波信号の伝送ロスが小さいセラミック回路基板およびその製造方法を提供する。【解決手段】  貫通導体１１は導体部が焼結されて成る焼結導体部１２を含み、焼結導体部１２の一部と絶縁層３との界面に空隙１３を形成し、前記焼結導体部１２の一部を、当該貫通導体１１の電流の流れる方向に沿って配設する。【選択図】      図２
2007324362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板であって、
前記貫通導体は、導体部が焼結されて成る焼結導体部を含み、
該焼結導体部の一部と前記絶縁層との界面には、空隙が形成されていることを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項２】
セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板であって、
前記貫通導体は、導体部が焼結されて成る焼結導体部と、非導体部とを含み、
該非導体部の一部が前記絶縁層の界面に臨んでいることを特徴とするセラミック回路基板。
【請求項３】
前記非導体部の一部は、当該貫通導体の電流の流れる方向に沿って配設されていることを特徴とする請求項２記載のセラミック回路基板。
【請求項４】
前記焼結導体部および前記非導体部は、互いに結合する三次元網目構造によって実現されることを特徴とする請求項２または３記載のセラミック回路基板。
【請求項５】
前記非導体部は、前記貫通導体全体の１０体積％以上８０体積％以下に規定されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載のセラミック回路基板。
【請求項６】
前記焼結導体部は、該焼結導体部を基板厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た平均厚みが、当該貫通導体を流れる高周波信号の表皮深さの６倍以上に規定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のセラミック回路基板。
【請求項７】
セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板の製造方法であって、
セラミックグリーンシートを作製する工程と、
前記貫通導体の前駆体と、架橋反応により結合させる樹脂から成る樹脂片とを含む導体ペーストを作製する工程と、
前記セラミックグリーンシートに形成される貫通孔に、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記セラミックグリーンシートおよび前記導体ペーストを焼成する工程と、
を有することを特徴とするセラミック回路基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック回路基板およびその製造方法に関し、特に、高周波信号を使用する多層配線基板、半導体素子収納用パッケージ、モジュール基板および高周波部品などに好適に適用されるセラミック回路基板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話をはじめとする移動体通信などの発達および普及に伴い、通信機器や電子機器などの小形化、高機能化、低電力化などが進められ、ＡｕやＡｇ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｐｔなどの低融点、低抵抗の導体材料と、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスとにより、共振器、コンデンサ、コイルおよびフィルタなどの素子が形成されたモジュール用の配線基板として、セラミック回路基板が用いられてきている。
【０００３】
このような回路基板において、高周波信号を用いる場合が多くなってきているので、導体の低抵抗化とともに、低損失化が強く求められている。１０５０℃程度以下で焼成可能なガラスセラミック回路基板はＡｕ、ＡｇおよびＣｕなどの低融点金属を主成分とする配線導体が使用できるため比較的低損失であるが、さらなる低損失化を図るため、配線導体の改善が求められている。すなわち、基板を通る高周波信号の電流は、表皮効果によって導体と絶縁体との界面付近に集中し、導体界面付近の導電率が損失に影響を及ぼすため、導体界面付近での損失を抑制する必要があった。ここで高周波信号の表皮深さδは、周波数ｆ、透磁率μおよび導電率σを用いて次式のように表される。
δ＝（π・ｆμσ）−１／２
【０００４】
従来、配線導体で形成したストリップライン共振線路の断面形状をＨ型にすることによって、ストリップライン共振線路の両端エッジ部分における表皮効果による磁場の集中を緩和して、配線導体の低損失化を図る技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
導体パターンの両端エッジ部に肉厚の厚い部分を設けることによって、導体パターンのエッジ部に磁界や電界の集中を起き難くして、高周波領域での電気特性を改善する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。また配線導体の断面形状のコーナー部に電界が集中して伝送ロスが発生し、導電率が低下するため、配線導体の断面形状を逆台形形状とし、逆台形の上部両端の鋭角なコーナー部に丸みをつけて、高周波信号を伝送した場合の表面抵抗を小さくすることが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。
【０００６】
前述のようなライン形状の導体は、複数の絶縁層にわたって折り曲げられて配置される。各々の絶縁層上に形成されたライン形状の導体は、絶縁層を貫通する貫通導体によって接続され、セラミック回路基板の小形化が図られている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１２６１２１号公報、段落［００３４］〜［００３９］、図１３
【特許文献２】特開２００１−６０５１６号公報、段落［００１３］、［００１８］、図２、図４
【特許文献３】特開２００３−１７４２６１号公報、図１（ｂ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述の公報記載の従来技術は全て電流の流れる方向に垂直な断面の外周の形状を変えて、外周近くに流れる電流の損失を少なくするものであり、導体の内部に電流を流すことはできないため、導体を低損失化できないという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、導体を低損失化することにより、高周波信号の伝送ロスが小さいセラミック回路基板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板であって、
前記貫通導体は、導体部が焼結されて成る焼結導体部を含み、
該焼結導体部の一部と前記絶縁層との界面には、空隙が形成されていることを特徴とするセラミック回路基板である。
【００１１】
また本発明は、セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板であって、
前記貫通導体は、導体部が焼結されて成る焼結導体部と、非導体部とを含み、
該非導体部の一部が前記絶縁層の界面に臨んでいることを特徴とするセラミック回路基板である。
【００１２】
また本発明は、前記非導体部の一部は、当該貫通導体の電流の流れる方向に沿って配設されていることを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記焼結導体部および前記非導体部は、互いに結合する三次元網目構造によって実現されることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記非導体部は、前記貫通導体全体の１０体積％以上８０体積％以下に規定されることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記焼結導体部は、該焼結導体部を基板厚み方向に垂直な仮想平面で切断して見た平均厚みが、当該貫通導体を流れる高周波信号の表皮深さの６倍以上に規定されることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、セラミックスから成る絶縁層と、該絶縁層に配設された貫通導体とを具備するセラミック回路基板の製造方法であって、
セラミックグリーンシートを作製する工程と、
前記貫通導体の前駆体と、架橋反応により結合させる樹脂から成る樹脂片とを含む導体ペーストを作製する工程と、
前記セラミックグリーンシートに形成される貫通孔に、前記導体ペーストを充填する工程と、
前記セラミックグリーンシートおよび前記導体ペーストを焼成する工程と、
を有することを特徴とするセラミック回路基板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、貫通導体は、導体部が焼結されて成る焼結導体部を含み、焼結導体部の一部と絶縁層との界面には、空隙が形成されているので、次のような効果を奏する。貫通導体の表面積が大きくなり、貫通導体と絶縁層との界面における磁界の集中が緩和される。換言すれば、貫通導体の内部に極力電流を流すことが可能となる。したがって貫通導体の低損失化を図り、高周波信号などの伝送ロスを極力小さくすることができる。
【００１８】
また本発明によれば、非導体部の一部が絶縁層の界面に臨んでいるので、貫通導体の表面積が大きくなり、貫通導体と絶縁層との界面における磁界の集中が緩和される。その他請求項１の発明と同様の効果を奏する。
【００１９】
また本発明によれば、非導体部の一部は、当該貫通導体の電流の流れる方向に沿って配設されているので、特に線路長が長くなることによる伝送ロスを抑制することができる。したがって導体の高周波信号の伝送損失を一層低く抑えることができる。
【００２０】
また本発明によれば、焼結導体部および非導体部を、三次元網目構造によって実現することができる。
【００２１】
また本発明によれば、非導体部を、貫通導体全体の１０体積％以上８０体積％以下に規定することで、高周波信号などの伝送ロスを抑制するとともに、直流信号の抵抗もより小さくすることができる。非導体部の体積比率が貫通導体全体の１０体積％未満になると、貫通導体の表面積が小さくなり過ぎ、高周波信号の伝送ロスの低減効果が得られない。非導体部の体積比率が貫通導体全体の８０体積％を超えると焼結導体部の体積が相対的に小さくなり過ぎ、直流抵抗が増大してしまう。
【００２２】
また本発明によれば、焼結導体部の平均厚みが、当該貫通導体を流れる高周波信号の表皮深さの６倍以上に規定されるので、次のような効果を奏する。電磁波に対して十分な断面積を確保することができ、かつ電磁波の局所的な集中を避けることができる。
【００２３】
また本発明によれば、特に、架橋反応により結合させる樹脂から成る樹脂片を含む導体ペーストを作製することで、樹脂同士の凝集を抑制し、三次元網目構造となる貫通導体を得ることが可能となる。したがって、貫通導体の表面積が大きくなり、貫通導体と絶縁層との界面における磁界の集中が緩和される。それ故、貫通導体の低損失化を図り、高周波信号などの伝送ロスを極力小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、本発明の実施形態に係るセラミック回路基板１を基板厚み方向の仮想平面で切断して見た断面図である。本実施形態に係るセラミック回路基板１は、高周波信号を使用する多層配線基板、半導体素子収納用パッケージ、モジュール基板および高周波部品などの少なくともいずれか１つに適用される。ただしこれらのもの以外にも本実施形態に係るセラミック回路基板を適用し得る。以下の説明は、セラミック回路基板の製造方法の説明をも含む。
【００２５】
セラミック回路基板１は、たとえば７層の絶縁層２〜８が基板厚み方向に積層されて構成される。最上層および最下層の絶縁層２、８の表面部２ａ，８ａには、表面導体９がそれぞれ形成されている。前記基板厚み方向に隣接する絶縁層間には、内部導体１０が形成されている。これら絶縁層２〜８には、内部導体１０と基板厚み方向の内部導体１０とを電気的にかつ機械的に接続するため、また表面導体９と内部導体１０とを電気的にかつ機械的に接続するための貫通導体１１が形成されている。
【００２６】
図２は、貫通導体１１を表す図であり、図２（ａ）は貫通導体１１の要部拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）をＡ−Ａ線で切断して見た断面図である。貫通導体１１は、導体部が焼結されて成る焼結導体部１２を含み、当該貫通導体１１が設けられる絶縁層３と、前記焼結導体部１２の一部との界面には、複数の空隙１３が形成されている。界面におけるこれら空隙１３は周方向適当間隔おきに形成され、各空隙１３は、貫通導体１１の電流の流れる方向（貫通導体１１のいわゆる軸線方向）に沿って形成されている。焼結導体部１２の内部にも、複数の空隙１３が形成されている。このような複数の空隙１３によって、貫通導体１１は互いに結合する三次元網目構造になっている。
【００２７】
ところで、従来のセラミック回路基板で十分な導電率が得られなかったのは、貫通導体の断面積が大きいにもかかわらず、貫通導体と絶縁層との界面が粗く、貫通導体内部に孤立したボイドを含んでいたからである。すなわち従来の貫通導体は、絶縁層との熱膨張率差による、焼成工程での界面の剥離を抑制するため、絶縁層との接着強度を強くしなければならない。結果的に、貫通導体と絶縁層との界面にアンカー状の接着部が形成され、界面の粗さが粗くなっていた。
【００２８】
また貫通導体および絶縁層の、焼成における収縮挙動差および焼成収縮率差による歪を緩和するため、貫通導体内部に孤立したボイドが生じていた。このように、界面すなわち貫通導体の表面の粗さが大きく、貫通導体内部に孤立したボイドがあると、表皮効果により高周波信号の電流が導体表面付近、あるいは導体と絶縁層との界面付近に集中して流れる際に、線路長が長くなり、またボイドにより表面付近の導体厚みが薄くなり、高周波信号の伝送における損失が大きくなる。
【００２９】
本実施形態では、絶縁層２〜８と焼結導体部１２の一部との界面に空隙１３が形成され、該空隙１３は貫通導体１１の軸線方向（矢符Ｌ１で表記する）に沿って形成されている。換言すれば、絶縁層２〜８に形成される貫通孔に設けられる貫通導体１１のうち、空隙１３以外の部分が焼結導体部１２であり、その表面１２ａが平滑であるため、高周波の伝送における導体損失を低く抑えることができる。前記界面に形成される空隙１３は、前記軸線方向に所定小距離延びていればよく、柱状、三次元網目状などどのような構造であってもよい。
【００３０】
焼結導体部の表面１２ａが平滑であるには、焼結導体部１２の焼結が進行した状態であることが好ましい。このような平滑な表面１２ａが形成される焼結導体部１２を含み、各絶縁層と焼結導体部１２の一部との界面に空隙１３が形成されているので、従来技術のようなアンカー状の接着部を不要としたうえで、界面の剥離を抑制し得る。換言すれば、焼結導体部１２の表面１２ａを極力平滑化することが可能となるので、焼結導体部１２と各絶縁層との界面付近に高周波信号の電流が集中して流れる際に、線路長を極力短くでき、高周波信号の伝送における損失を小さくすることができる。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、前記軸線方向に垂直な方向に隣接する空隙１３，１３を隔てる焼結導体部１２の厚みは、貫通導体１１を通る高周波信号の表皮深さの６倍以上であることが好ましい。前記表皮深さδは、周波数ｆ、透磁率μおよび導電率σを用いて次式のように表される。
δ＝（π・ｆμσ）−１／２
【００３２】
前記焼結導体部１２の厚みを貫通導体１１を通る高周波信号の表皮深さδの３倍以上にすることにより、電磁波に対して十分な断面積を確保することができ、かつ、電磁波の局所的な集中を避けることができる。焼結導体部１２の厚みが厚い場合でも実質的に電流が流れるのは、導体の表面から３δ以内の部分であり、この部分に電流の９５％以上が流れる。そして導体が純銀であれば、３δは、５ＭＨｚの場合９０μｍ程度、５００ＭＨｚの場合９μｍ程度、２ＧＨｚの場合４．５μｍ程度である。これに対して、表面導体９や内部導体１０の寸法は、幅５０μｍ以上１ｍｍ以下、厚さ５μｍ以上３０μｍ以下程度であり、貫通導体１１の寸法は、直径５０μｍ以上３００μｍ以下程度である。
【００３３】
前記貫通導体１１における空隙１３の体積比率は、１０体積％以上８０体積％以下であることが好ましい。これにより、高周波信号の損失を抑制するとともに、直流信号の抵抗も小さくできる。空隙１３の体積比率が貫通導体全体の１０体積％未満になると、貫通導体１１の表面積が小さくなり過ぎ、高周波信号の損失の低減効果が得られない。一方、空隙１３の体積比率が貫通導体全体の８０体積％を超えると、焼結導体部１２の貫通導体全体に占める体積が小さくなり過ぎ、直流抵抗が増大してしまう。空隙１３中には、空気その他気体が介在するが真空であってもよい。このような空隙１３によって、貫通導体１１を微細な構造にできるので、好ましい。
【００３４】
本実施形態では貫通導体１１に空隙１３を形成しているが、焼結導体部１２と非導体部１３Ａとを含む貫通導体にすることも可能である。非導体部１３Ａを、導体周囲の絶縁層２〜８と同程度の誘電率とすれば、電流が分散して流れるので、従来技術のものより高周波信号の伝送ロスが小さくなる。さらに、導体の近くにグランドとなる導体が形成されている場合には、導体の周囲のグランドに面する部分に電流が集中するため、それと相殺するように非導体部１３Ａの誘電率を導体周囲の絶縁層２〜８の誘電率より高くしてもよい。
【００３５】
図３〜図５は、本実施形態に係るセラミック回路基板の断面図である。図６は、本発明の実施形態に係るセラミック回路基板１の製造方法を段階的に表すフローチャートである。
【００３６】
セラミック回路基板１の製造方法を具体的に説明する。図６に示すように、本実施形態に係るセラミック回路基板１の製造方法は、主に、セラミックグリーンシート作製工程（ステップａ１）と、樹脂片添加工程（ステップａ２）と、導体ペースト充填工程（ステップａ３）と、焼成工程（ステップａ４）と、を有する。先ずステップａ１において、ガラスおよびセラミックフィラーから成るセラミックグリーンシート（単に「グリーンシート」と称す）を作製する。グリーンシートは、所定のガラスおよびセラミック粉末組成物と、焼成途中で容易に揮発する揮発性有機バインダーと、有機溶媒および必要に応じて可塑剤とを混合し、スラリー化する。このスラリーを用いて、リップコーター法やドクターブレード法などによってテープ成形を行い、所定寸法に切断してグリーンシートを作製する。
【００３７】
次に、ステップａ２に移行して、貫通導体となる導体ペーストを作製する。導体ペーストとして、金粉末、銀粉末、銅粉末、アルミニウム粉末のいずれかに対して、有機バインダー、有機溶剤、必要に応じて、有機物や無機物の添加剤を加えて、図示外の３本ロールで混練したものを用いる。導体粉末の形状は不問であるが、貫通導体内部に空隙または非導体部を形成するためには、比較的Ｔａｐ密度が低いものが好適であり、たとえば３ｇ／ｃｍ３以下のものである。
【００３８】
貫通導体１１に空隙１３を形成するため、前記導体ペーストに、たとえばアクリルなどの樹脂から成る樹脂ビーズ（樹脂片に相当）を添加する。樹脂ビーズの形状は球形に限らず、楕円形状やロッド形状であってもよい。樹脂ビーズの添加量、大きさおよび形状を変化させることにより、貫通導体１１における空隙１３の体積比率を変えることができる。換言すれば、樹脂ビーズの添加量、大きさおよび形状に基づいて、空隙１３の体積比率を制御することで、高周波信号の損失を抑制することができるとともに、直流信号の抵抗も極力小さくすることができる。このように高周波信号の損失を容易にかつ確実に抑制することができるとともに、直流信号の抵抗も容易にかつ確実に小さくし得る。
【００３９】
樹脂ビーズの例として、アクリル樹脂の主鎖を架橋反応により結合させている架橋タイプのアクリル樹脂で、球形でありその平均粒径が１μｍ程度のものが好適である。架橋タイプのアクリル樹脂を適用することで、導体ペーストの溶剤で形状が崩れることを防止し、樹脂の分散を良くする。よって、樹脂同士が凝集することに起因して、貫通導体１１の空隙１３がつながらなくなる等の不具合を未然に解消することができる。樹脂ビーズの粒径は、分散の観点から導体粉末と同等以下であることが好ましく、たとえば１μｍ以上３μｍ以下程度が好適である。アクリル樹脂から成る樹脂ビーズの形状、大きさおよび組み合わせの少なくともいずれか一つを変えることにより、三次元網目構造などの空隙を作製することができる。
【００４０】
貫通導体１１に、非導体部１３Ａとして誘電体を形成するには、樹脂ビーズの代わりに、後述する焼成工程において軟化流動するガラス片を添加する。
【００４１】
このガラス片の添加量、大きさおよび形状を変化させることにより、貫通導体における非導体部の体積比率を変えることができる。非導体部の体積比率を変えることで、高周波信号の損失を容易にかつ確実に抑制することができるとともに、直流信号の抵抗も極力小さくすることができる。
【００４２】
前述の軟化流動する温度は、導体粉末の焼結開始後がよい。これによって、ガラス片が貫通導体１１外に不所望に出てしまうことを未然に防止することができる。逆に、導体粉末の焼結開始前では、ガラス片が貫通導体１１外に出てしまうおそれがある。本実施形態に係るガラス片は、貫通導体１１の焼結導体部表面の粗さを小さくするため、導体との親和性が低いものがよい。たとえば、化学的に導体との濡れの悪いガラスは導体との親和性の悪いガラスである。また、ガラス転移点が導体粉末の焼結開始温度より低いガラスであるとともに、非結晶性のガラスであるか、導体粉末の焼結終了温度よりの結晶化温度の高い結晶性ガラスであるか、あるいは、導体粉末の焼結終了温度までに析出する結晶か７０体積％以下である結晶性ガラスも導体と親和性の悪いガラスである。このような導体との親和性が低いガラス片を適用することで、貫通導体１１の焼結導体部表面の粗さを小さくすることができ、それ故、高周波の伝送における導体損失を低く抑えることができる。
【００４３】
次に、ステップａ３の導体ペースト充填工程に移行する。先ず前記グリーンシートにパンチングやレーザーなどによって貫通孔を形成する。一つの貫通孔の形成段階において、パンチングを複数回実施する、あるいは、レーザーをスキャンさせることにより、貫通孔の平面視形状を円形だけでなく、歯車形状や花びら形状など、貫通孔の外周長さが円形のものより長くなるようにしてもよい。前記「平面視」とは、貫通孔を軸線方向に見ることと同義である。
【００４４】
このように形成した貫通孔内に、前記導体ペーストを充填する。該導体ペーストの充填には、貫通導体形成位置に一致する箇所に穿孔されたメタルマスク、あるいは、エマルジョンメッシュスクリーンマスクを用いて、スクリーン印刷する方法を用いる。このとき、マスクを通してペーストを押し出す方法として、ポリウレタン製などの板状（あるいは剣状）のスキージを用いる方法、ペースト押し出し式のスキージヘッドを用いて、ペーストを貫通孔に加圧注入する方法などを用いる。必要に応じて、グリーンシートの表面より突出した導体ペーストをプレスして、貫通孔に押し込む。さらに、表面導体層や内部導体層を導体ペーストを用いてスクリーン印刷法などによって被着形成する。このようにして得られた各グリーンシートまたは絶縁体ペーストを予め定める積層順序に応じて、基板厚み方向に積層して積層成形体を形成する。その後、ステップａ４の焼成工程に移行する。該焼成工程では、積層形成体単独で焼成する他に、加圧などにより、積層成形体を面方向に拘束して焼成してもよい。
【００４５】
以上説明したセラミック回路基板およびその製造方法によれば、焼結導体部１２の一部と絶縁層２〜８との界面には、空隙１３が形成されているので、次の効果を奏する。貫通導体１１の表面積が大きくなり、貫通導体１１と絶縁層２〜８との界面における磁界の集中が緩和される。換言すれば、貫通導体１１の内部に極力電流を流すことが可能となる。したがって貫通導体１１の低損失化を図り、高周波信号などの伝送ロスを極力小さくすることができる。
【００４６】
貫通導体１１に、非導体部１３Ａとして誘電体を形成した場合には、該非導体部１３Ａの一部が絶縁層２〜８の界面に臨むので、貫通導体１１の表面積が大きくなり、貫通導体１１と絶縁層２〜８との界面における磁界の集中が緩和される。その他空隙１３の場合と同様の効果を奏する。空隙１３または非導体部１３Ａの一部は、貫通導体１１の電流の流れる方向に沿って配設されているので、特に線路長が長くなることによる伝送ロスを抑制することができる。したがって導体の高周波信号の伝送ロスを一層低く抑えることができる。
【００４７】
図３は、本実施形態に係るセラミック回路基板３１の断面図である。
セラミック回路基板３１は、たとえば１５層の絶縁層３１ａ〜３１ｏが基板厚み方向に積層されて構成される。最上層および最下層の絶縁層３１ａ、３１ｈの表面部には、表面導体３２がそれぞれ形成されている。前記基板厚み方向に隣接する絶縁層間には、内部導体３３が形成されている。これら絶縁層３１ａ〜３１ｏには、内部導体３３と基板厚み方向の内部導体３３とを電気的にかつ機械的に接続するため、また表面導体３２と内部導体３３とを電気的にかつ機械的に接続するための貫通導体３４が形成されている。また、セラミック回路基板３１には、キャビティ３５が形成されている。
【００４８】
絶縁層３１ａ〜３１ｈは第１の絶縁層であり、絶縁層３１ｉ〜３１ｏは第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈとは組成の異なる第２の絶縁層である。第１の絶縁層と第２の絶縁層とでは焼成の際に収縮する温度が異なり、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈおよび第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏは、いずれか一方の絶縁層の焼成収縮が開始する温度までに他方の絶縁層の焼成収縮がほぼ終了する組成となっている。ここでいう焼成収縮がほぼ終了しているとは、最終焼成体積収縮量の９７％以上、特に９８％以上、さらには９９％以上の収縮が終了しているということである。
【００４９】
上述のように第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈが焼成収縮する温度域と第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏが焼成収縮する温度域とは異なっている。これにより、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈが収縮するときには、第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏが収縮しないため、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈは、Ｘ−Ｙ方向（基板の主面と平行な方向）の収縮が抑制されて、主にＺ方向（基板の厚み方向）に収縮する。また、第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏが収縮するときには、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈは収縮しないため、第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏは、Ｘ−Ｙ方向の収縮が抑制されて、主にＺ方向に収縮する。すなわち、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈと第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏとは互いのＸ−Ｙ方向の収縮を抑制しあうことが可能であり、セラミック回路基板３１はＸ−Ｙ方向の収縮量のばらつきを抑制でき、Ｘ−Ｙ方向の収縮量を０に近づけることができる。
【００５０】
このようにＸ−Ｙ方向の収縮を抑制したセラミック回路基板はＸ−Ｙ方向の寸法精度が向上するものの、貫通導体の収縮はＸ−Ｙ方向に抑制されにくいため、Ｚ方向の収縮率が絶縁層と合わなくなり、貫通導体がセラミック回路基板の表面から突起したり、陥没したりした。
【００５１】
本発明の実施形態に係るセラミック回路基板３１では、セラミック回路基板３１の焼成工程で、貫通導体３４が焼結した後であっても、貫通導体３４には空隙が形成されているため、主にＺ方向に収縮する絶縁層の焼成収縮に追従して貫通導体３４が変形しやすく、貫通導体３４が突起あるいは陥没することを抑制することができる。突起あるいは陥没をより抑制するには、第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈおよび第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏの焼結収縮の終了よりも高温では、貫通導体３４が焼成収縮しないことが好ましく、焼成収縮する温度が高い方の絶縁層の焼成収縮開始温度よりの貫通導体３４の焼成収縮が終了する温度が低い方がより好ましく、焼成収縮する温度が低い方の絶縁層の焼成収縮開始温度よりの貫通導体３４の焼成収縮が終了する温度が低い方がさらに好ましい。
【００５２】
第１の絶縁層３１ａ〜３１ｈおよび第２の絶縁層３１ｉ〜３１ｏはいずれも、表面導体３２、内部導体３３および貫通導体３４としてＡｕ、ＡｇおよびＣｕなどの低融点金属を主成分とする導体を使用するために、１０５０℃程度以下で焼成可能なガラスセラミックスであることが好ましい。第１の絶縁層がガラスセラミックスであるとは、第１の絶縁層の原料が、第１のガラスおよび第１のセラミックスからなるものであるか、第１のガラスからなるものであるということである。第２の絶縁層がガラスセラミックスであるとは、第２の絶縁層の原料が、第２のガラスおよび第２のセラミックスからなるものであるか、第２のガラスからなるものであるということである。
【００５３】
より効果的にＸ−Ｙ方向の収縮を抑制するには、第１のガラスの軟化温度が、第２のガラスの軟化温度より、特に１０℃以上、さらには４０℃以上、好適には９０℃以上低いことが好ましい。また、焼成収縮する温度の低い方の絶縁層の原料のガラスは、焼成収縮する温度の高い方の絶縁層の原料のガラスの軟化点よりも結晶化温度の低い結晶性ガラスであると、焼成収縮する温度の低い絶縁層のガラスが結晶化して、その絶縁層が強固になってから焼成収縮する温度の高い方の絶縁層が収縮するため、より効果的にＸ−Ｙ方向の収縮を抑制できる。
【００５４】
キャビティ３５が変形するのを抑制するには、セラミック回路基板３１のキャビティ３５のある面の最外層に絶縁層３１ａが焼成収縮する温度の低い絶縁層であることが好ましく、絶縁層３１ａは、その層に積層されている第２の絶縁層３１ｉよりも厚みが薄いことが好ましい。
【００５５】
なお、図３には内部導体３３と内部導体３３との間あるいは表面導体３２と内部導体３３との間に第１の絶縁層および第２の絶縁層の両方がある例を示したが、第１の絶縁層および第２の絶縁層の構成としてはこれに限らない。例えば、図３の内部導体３３と内部導体３３との間あるいは表面導体３２と内部導体３３との間の絶縁層うちの一部の第１の絶縁層および第２の絶縁層のどちらか一方にしてもよく、図１の絶縁層２および８を第１の絶縁層とし、絶縁層３〜７を第２の絶縁層としてもよい。
【実施例】
【００５６】
先ず、組成が２４．９質量％のＭｇＯ、２．７質量％のＡｌ２Ｏ３、４５．０質量％のＳｉＯ２、０．１質量％のＣｕＯ、２７．３質量％のＣａＯからなる平均粒径が２μｍのガラス粉末６０質量％と、平均粒径が約１μｍのＡｌ２Ｏ３粉末４０質量％とからなるセラミック材料を準備した。このセラミック材料に、アクリル有機バインダー、可塑剤および有機溶剤を添加してなるスラリーを、ドクターブレード法により薄層化し、基板用のグリーンシートを作製した。
【００５７】
次に、銀粉末に、酸化ルテニウム、ロジウムを微量添加し、さらに、銀粉末１００質量部に対して直径３μｍのアクリルビーズを５質量部および有機ビヒクル１５質量部を添加し、これらを攪拌した後、銀粉末および有機バインダーの凝集体がなくなるまで３本ロールミルで混合し、導体ペーストを作製した。ここで、有機ビヒクルとしては、有機バインダーとしてエチルセルロースを５質量部と、有機溶剤としてα−テルピネオールを９５質量部とから構成したものを使用した。ここで使用したＡｇ粉末は、比表面積が０．３ｍ２／ｇ以下で、熱処理により１次粒子が数個分ネック結合したものであり、Ｔａｐ密度２ｇ／ｃｍ３以下である。
【００５８】
次に、上記のグリーンシートに、貫通導体を充填するための直径２００μｍの貫通孔をレーザーによって形成し、上記の導体ペーストをこの貫通孔に充填した。次に、貫通孔に導体ペーストを充填したグリーンシートを平板金型でプレスし、導体ペーストの、グリーンシートから突出した部分を、貫通孔内に押し込んだ。
【００５９】
上記のグリーンシート表面に、λ／４共振器の信号導体となる導体パターンをスクリーン印刷により形成した。λ／４共振器の具体的な構造は、内部導体４２および貫通導体４３によりλ／４の長さ信号導体が形成され、貫通導体４３の一端が接地導体４４に接続されている（図４参照）。また同様にして、図５に示すように、別途、λ／２の長さのライン導体５２の一端と接地導体５３により構成されたλ／２共振器を作製すべく、導体パターンを印刷した。その後、これらのグリーンシートを位置合わせした後、積層し、加圧して積層体を作製し、これを大気中４００℃で脱バインダー処理し、さらに、大気中９１０℃で焼成して配線基板を作製した。上記のようにして、共振器を形成している貫通導体の長さを変えたサンプルを作製した。
【００６０】
アクリルビーズの添加量を変えることにより、空隙の体積％の異なるサンプルを作製した。また、アクリルビーズの代わりに、組成が１８．３質量％のＢａＯと、３７．１質量％のＢ２Ｏ３と、３２．６質量％のＳｉＯ２と、２．５質量％のＳｎＯ２と、９．５質量％ＣａＯとからなるガラスを添加して、非導体部として誘電体が形成されたサンプルを作製した。
【００６１】
焼成後の各回路基板の２ＧＨｚにおける共振特性を測定し、それらからＶｉａの伝送ロスを計算した。具体的には、λ／４共振器の無負荷Ｑ（Ｑｕ）から導電率を計算し、それをライン導体とＶｉａ導体の足し合わせの導電率とし、同様にして、λ／２共振器からライン導体単独の導電率を求め、λ／４共振器から求めた導電率と、λ／２共振器から求めた導電率の差分から、貫通導体の損失を算出した。
【００６２】
図７は、貫通導体１１と絶縁層３との界面付近の破断面の走査型電子顕微鏡像である。また、貫通導体をミクロトームで切断し、縦断面における空隙または非導体部の面積％を、５００倍の走査型電子顕微鏡像の５０μｍ×５０μｍの範囲を画像解析装置（ルーゼックス）により測定し、その結果を貫通導体の非導体部の体積％とした。また、上記と同様に、貫通導体をミクロトームで３箇所切断し、縦断面を走査型電子顕微鏡で観察することにより、空隙または非導体部が軸線方向につながっていることを確認した。縦断面からの判断が難しい場合には、二次イオン質量分析装置により、導体焼結部を削り取って確認した。また、貫通導体をミクロトームで１０箇所切断し、倍率１０００倍の走査型電子顕微鏡像から、横断面における焼結導体部の厚みを測定した。具体的には、１つの切断面において、導体部の最小厚みを定規で測定して写真の倍率から実際の寸法を算出したものを、その断面における焼結導体部の厚みとし、１０断面の測定値の平均をその貫通導体の焼結導体部の厚みとした。
【００６３】
また、貫通導体の直流抵抗をｍΩメーターで測定し、断面から求めた直径と長さとから体積抵抗率を算出した。各条件の特性評価結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2007324362.tif 000003
【００６５】
本発明の試料は、貫通導体と絶縁層の界面につながる空隙または非導体部の体積比率が１０体積％以上８０体積％以下のとき、従来の貫通導体と比較して、０．１ｄＢ／ｃｍ以上０．４ｄＢ／ｃｍ以下、伝送ロスが少なくなることが判った。非導体部が誘電体である試料Ｎｏ．７は、貫通導体に空隙が形成される試料Ｎｏ．４と比較して、伝送ロスが少なくなることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施形態に係るセラミック回路基板１を基板厚み方向の仮想平面で切断して見た断面図である。
【図２】貫通導体１１を表す図であり、図２（ａ）は貫通導体１１の要部拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）をＡ−Ａ線で切断して見た断面図である。
【図３】本実施形態に係るセラミック回路基板３１の断面図である。
【図４】本実施形態に係るセラミック回路基板の断面図である。
【図５】本実施形態に係るセラミック回路基板の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るセラミック回路基板１の製造方法を段階的に表すフローチャートである。
【図７】貫通導体１１と絶縁層３との界面付近の破断面の走査型電子顕微鏡像である。
【符号の説明】
【００６７】
１  セラミック回路基板
２〜８  絶縁層
９  表面導体
１０  内部導体
１１  貫通導体
１３  空隙
１３Ａ  非導体部
４１  セラミック回路基板（λ／４共振器）
４１ａ〜ｆ  絶縁層
４２  内部導体（λ／４長の信号導体）
４２  貫通導体（λ／４長の信号導体）
４４  内部導体（接地導体）
５１  セラミック回路基板（λ／２共振器）
５１ａ〜ｆ  絶縁層
５２  内部導体（λ／２長の信号導体）
５３  内部導体（接地導体）
【図１】
2007324362.tif 000004
【図２】
2007324362.tif 000005
【図３】
2007324362.tif 000006
【図４】
2007324362.tif 000007
【図５】
2007324362.tif 000008
【図６】
2007324362.tif 000009
【図７】
2007324362.tif 000010